تحقیق مقاله سیستم پشتیبان برای برنامه‌ ریزی شبکه ‌های توزیع

شرکت برق chugoku ژاپن یک سیستم پشتیبانی برای برنامه‌ریزی شبکه‌های توزیع ابداع کرده است که بسادگی می‌تواند ساختار بهینه شبکه توزیع (مسیر عبور جریان برق) را محاسبه کند که در نتیجه هزینه‌ها را کاهش داده و کارایی و راندمان بهره‌برداری شبکه را افزایش می‌دهد.

آزمایشهای ارزیابی‌کننده این سیستم بطور مستمر در دو دفتر فروش برق انجام گرفته و تاکنون نتایج خوبی را نشان داده‌اند. در شروع سال مالی 2000 بکارگیری این سیستم در سایر دفاتر فروش در دست برنامه قرار گرفته است.

تاریخچه ابداع سیستم

خطوط شبکه‌های توزیع دارای تعداد زیادی کلید هستند بگونه‌ای که یک شبکه توزیع از تعداد زیادی از این کلید‌ها تشکیل شده است که یا در حالت ON و یا OFF هستند. هر حالت از ترکیب ON یا OFF این کلیدها یک ساختار معین و مشخصی را برای شبکه بطور متناظر ایجاد می‌کند.

یک شبکه توزیع دارای تعداد بسیار زیادی از ترکیبات ممکن کلیدها بصورت OFF/ON است. برای بهره برداری یک شبکه توزیع بصورت بهینه لازم است که ترکیبهایی از کلیدها را انتخاب کرد که ساختارهای متناظر با آنها دارای حداقل تلفات توان بوده و ضریب بهره‌گیری از ظرفیت (جریان) خطوط توزیع مختلف با هم مساوی باشد.

معرفی یک رله جدید حفاظت ژنراتور توسط شرکتBeckwith  

رله M-3430 ، جهت حفاظت ژنراتورهای با امپدانس بالا و رله M-3420 ، جهت حفاظت ژنراتورهای با امپدانس پائین بکار می رود. شرکت برق Beckwith با استفاده از فن آوری پردازش سیگنال دیجیتال تمام عملکردهای حفاظتی مورد نیاز ژنراتور را در رله M-3425 بوجود آورده است.

عملکردهای حفاظتی جدید این رله شامل موارد زیر می باشد:

عملکرد سیستم حفاظت زمین تحریک ژنراتور : اگرچه زمین شدن تحریک به تنهایی روی عملکرد ژنراتور تأثیری نمی گذارد و هیچ گونه اثرات مخربی ایجاد نمی کند ولی اولین خطای زمین یک منبع زمین ایجاد می کند که به واسطه آن خطای زمین بعدی می تواند ایجاد گردد. در واقع خطای اول موجب تشدید ضعف عایقی میدان در سایر نقاط سیم پیچ تحریک می گردد. دومین خطای زمین آسیب های زیادی را ایجاد می کند که ناشی از اتصال کوتاه شدن (حذف شدن) بخشی از سیم پیچ تحریک است که موجب ارتعاش زیاد واحد، گرم شدن روتور به واسطه عدم تعادل جریانها، بوجود آمدن جرقه (arc) در نقاطی از سیستم تحریک می گردد. رله M-3425 با اندازه گیری مقاومت بین روتور و زمین، این خطا را برطرف مینماید. این سیستم حفاظتی یک ولتاژ مربع ±15 ولت تزریق می نماید و سیگنال برگشتی را به منظور محاسبه مقاومت عایقی اندازه گیری می نماید. طرح تزریق برای برطرف کردن خطای زمین تحریک نسبت به طرح های ولتاژی رایج از لحاظ ایمنی و دقت خیلی بهتر می باشد.

عملکرد حفاظتی خروج از سنکرون : حفاظت خروج از سنکرون یا out of step زمانی که ژنراتور، حالت سنکرون خود را با شبکه از دست بدهد فرمان تریپ می دهد. زمانی که اتصالات کوتاه رخ داده شده در شبکه، سریع برطرف نگردد و یا اگر خطای نزدیک نیروگاه برای مدت طولانی روی سیستم باقی بماند ژنراتور از حالت سنکرون خارج خواهد شد.

عملکرد حفاظتی دیفرانسیل حلقه : ژنراتورهای دارای سیم پیچ چند دوره و دو یا چند سیم پیچ برای هر فاز از این طرح جهت برطرف کردن خطاهای اتصال حلقه های سیم پیچ استفاده می نمایند. در این طرح سیم پیچ های استاتور به دو بخش مساوی تقسیم می شوند وجریانهای هر بخش با هم مقایسه می گردند. هرگونه اختلاف در این جریانها عدم تعادل بوجود آمده توسط خطای اتصال حلقه ها را نشان می دهد. از یک تابع جریان زیاد، زمان محدود جهت برطرف کردن خطای عدم تعادل در این رله استفاده می شود.

کارکرد حفاظتی جریان زیاد حرارتی : رله M-3425 از این کارکرد جهت حفاظت اضافه بار حرارتی سیم پیچ استاتور ژنراتور استفاده می کند.

نمایی از سیستم

این سیستم پشتیبانی کننده با استفاده از یک PC و بر اساس اطلاعات بار و تجهیزات شبکه قادر است که مناسبترین ساختار شبکه را به نحوی محاسبه کند که تلفات شبکه حداقل شده و در عین حال نسبت و درصد اشغال ظرفیت (ضریب بهره‌گیری) تجهیزات شبکه یکنواخت شود.

این سیستم برای محاسبه و تعیین مناسبت‌ترین ترکیب کلیدها و نتیجتاً ساختار شبکه از الگوریتم ژنتیک استفاده می‌کند، الگوریتمی که در سالهای اخیر توجه زیادی را بخود جلب کرده است.

بکارگیری این سیستم پشتیبانی کننده برنامه‌ریزی دارای مزایای زیر برای شبکه‌های توزیع است:
• کاهش تلفات اهمی شبکه: از طریق کاهش جریانها در برخی خطوط، در یک شبکه نمونه تخمین زده شده است که با انتخاب ساختار مناسب و بهینه حدوداً می‌توان تلفات شبکه را به میزان 5 درصد کاهش داد.
• کاهش هزینه تلفات: از طریق افزایش نسبت و درصد اشغال ظرفیت و نتیجتاً افزایش ضریب بهره‌وری تجهیزات موجود. لذا هزینه سرمایه‌گذاری برای نصب تجهیزات جدید همراه با افزایش بار چنان افزایش نمی‌یابد.

• بهبود بهره‌برداری روزانه: چون نتایج محاسبات را می‌توان بصورت فایلهای صفحه گسترده استخراج کرد لذا با استفاده از PC می‌توان اطلاعات خروجی را براحتی ویراستاری کرد و بعلاوه امر چاپ و ارسال نمودارهای شبکه و نیز اطلاعات وابسته به بار آسانتر می‌شود.

• برای ارزیابی و آزمایش توانایی این سیستم قرار است که آنرا در دفاتر فروش برق Okayama و Hiroshima – Higashi نصب کنند و بر اساس نتایج این نصب آزمایشی قرار است بتدریج در سایر دفاتر فروش نیز نصب شده و توسعه یابند

نیروگاه های تولید کننده ی برق

1- نیروگاه حرارتی: از اواخر قرن نوزدهم بشر برای تولید الکتریسیته از نیروگاه های حرارتی استفاده می کند. در این نیروگاه ها ابتدا زغال سنگ مصرف می شد و بعدها فرآورده های سنگین نفتی مورد استفاده قرار گرفت. اساس کار این نیروگاه ها بر گرم کردن آب تا حالت بخار است و سپس بخارهای تولید شده توربین های تولیدکننده الکتریسیته را به حرکت در می آورند. عیب این نوع نیروگاه ها تولید گاز کربنیک فراوان و اکسیدهای ازت و گوگرد و غیره است که در جو زمین رها شده و محیط زیست را آلوده می کنند. دانشمندان بر این باورند که در اثر افزایش این گازها در جو زمین اثر گلخانه ای به وجود آمده و دمای کره زمین در حال افزایش است. در کنفرانس های متعددی که درباره همین افزایش گازها و به ویژه گرم شدن کره زمین در نقاط مختلف جهان برگزار شد (لندن، ریو دوژانیرو و همین سال گذشته در کیوتو) غالب کشورهای جهان جز ایالات متحده آمریکا موافق با کم کردن تولید این گازها بر روی کره زمین بودند و تاکنون تنها به علت مخالفت آمریکا موافقتی جهانی حاصل نشده است.

 2- نیروگاه های آبی: در مناطقی از جهان که رودخانه های پر آب دارند به کمک سد آب ها را در پس ارتفاعی محدود کرده و از ریزش آب بر روی پره های توربین انرژی الکتریکی تولید می کنند. کشورهای شمال اروپا قسمت اعظم الکتریسیته خود را از آبشارها و یا سدهایی که ایجاد کرده اند به دست می آورند. در کشور فرانسه حدود 30 تا 40 درصد الکتریسیته را از همین سدهای آبی به دست می آورند. متاسفانه در کشور ما چون کوه ها لخت (بدون درخت) هستند غالب سدهای ساخته شده بر روی رودخانه ها در اثر ریزش کوه ها پر شده و بعد از مدتی غیر قابل استفاده می شوند.

3- نیروگاه های اتمی: در دهه اول و دوم قرن بیستم نظریه های نسبیت اینشتین امکان تبدیل جرم به انرژی را به بشر آموخت (فرمول مشهور اینشتین mc2=E). متاسفانه اولین کاربرد این نظریه منجر به تولید بمب های اتمی در سال 1945 توسط آمریکا شد که شهرهای هیروشیما و ناکازاکی در ژاپن را به تلی از خاک تبدیل کردند و چند صد هزار نفر افراد عادی را کشتند و تا سال های متمادی افراد باقی مانده که آلوده به مواد رادیواکتیو شده بودند به تدریج درپی سرطان های مختلف با درد و رنج فراوان از دنیا رفتند. بعد از این مرحله غیر انسانی از کاربرد فرمول اینشتین، دانشمندان راه مهار کردن بمب های اتمی را یافته و از آن پس نیروگاه های اتمی متکی بر پدیده شکست اتم های اورانیم- تبدیل بخشی از جرم آنها به انرژی- برای تولید الکتریسیته ساخته شد.

اتم های سنگین نظیر ایزوتوپ اورانیم 235 و یا ایزوتوپ پلوتونیم 239 در اثر ورود یک نوترون شکسته می شود و در اثر این شکست، 200 میلیون الکترون ولت انرژی آزاد شده و دو تکه حاصل از شکست که اتم های سبک تر از اورانیم هستند تولید می شود. اتم های به وجود آمده درپی این شکست غالباً رادیواکتیو بوده و با نشر پرتوهای پر انرژی و خطرناک و با نیمه عمر نسبتاً طولانی در طی زمان تجزیه می شوند. این پدیده را شکست اتم ها (Fision) گویند که بر روی اتم های بسیار سنگین اتفاق می افتد. در این فرایند همراه با شکست اتم، تعدادی نوترون به وجود می آید که می تواند اتم های دیگر را بشکند، لذا باید نوترون های اضافی را از درون راکتور خارج کرد و این کار به کمک میله های کنترل کننده در داخل راکتور انجام می گیرد و این عمل را مهار کردن راکتور گویند که مانع از انفجار زنجیره ای اتم های اورانیم می گردد.

از آغاز نیمه دوم قرن بیستم ساخت نیروگاه های اتمی یا برای تولید الکتریسیته و یا برای تولید رادیو عنصر پلوتونیم که در بمب اتم و هیدروژنی کاربرد دارد، شروع شد و ساخت این نیروگاه ها تا قبل از حوادث مهمی نظیر تری میل آیلند در آمریکا در سال 1979 میلادی و چرنوبیل در اتحاد جماهیر شوروی سابق در سال 1986 همچنان ادامه داشت وتعداد نیروگاه های اتمی تا سال 1990 میلادی از رقم 437 تجاوز می کرد. بعد از این دو حادثه مهم تا مدتی ساخت نیروگاه ها متوقف شد. در سال 1990 مقدار انرژی تولید شده در نیروگاه های صنعتی جهان از مرز 300 هزار مگاوات تجاوز می کرد.

ولی متاسفانه در سال های اخیر گویا حوادث فوق فراموش شده و گفت وگو درباره تاسیس نیروگاه های اتمی جدید بین دولت ها و صنعتگران از یکسو و دانشمندان و مدافعان محیط زیست آغاز شده است. بدیهی است اغلب دانشمندان و مدافعان محیط زیست مخالف با این روش تولید انرژی هستند و محاسبات آنها نشان می دهد که اگر قرار باشد تمام جهانیان از نیروگاه اتمی استفاده کنند، از یکسو احتمالاً تولید پلوتونیم از کنترل آژانس جهانی کنترل انرژی هسته ای خارج خواهد شد و امکان دارد هر دیکتاتور غیرمعقول و ناآشنا با مفاهیم علمی تعادل محیط زیست، دارای این سلاح خطرناک شود. از سوی دیگر افزایش مواد زاید این نیروگاه ها که غالباً رادیوایزوتوپ های سزیم 137 و استرانسیم 90 و پلوتونیم 239 است، سیاره زمین را مبدل به جهنمی غیر قابل سکونت خواهد کرد.

با وجود این، اخیراً ایالات متحده آمریکا مسائل فوق را فراموش کرده و برنامه ساخت نیروگاه های اتمی را مورد مطالعه قرار داده است. در کشورهای اروپایی نیز صنایع مربوطه و به ویژه شرکت های تولیدکننده برق دولت های متبوع خود را برای تاسیس نیروگاه های اتمی تحت فشار قرار داده اند. ولی خوشبختانه در این کشورها با مقاومت شدید مدافعان محیط زیست روبه رو شده اند. اما در کشورهای آسیایی، در حال حاضر 22 نیروگاه اتمی در دست ساخت است (تایوان 2- چین 4- هندوستان 8- کره جنوبی 2- ژاپن 3- کره شمالی 1- ایران 2) و در کشور های کمونیستی سابق ده نیروگاه در حال ساخت است (اوکراین 4- روسیه 3- اسلواکی 2- رومانی 1)